葛鶯鏖
(浙江浙能鎮(zhèn)海聯(lián)合發(fā)電有限公司,浙江省寧波市,315200)
某燃機電廠EX2000靜態(tài)微機型勵磁調(diào)節(jié)裝置由GE公司為9E型燃機配套設(shè)計生產(chǎn),采用自并勵勵磁方式,功率柜為三相全控單橋形式。在多年的實際運行中因勵磁調(diào)節(jié)器設(shè)計上存在很多局限,如調(diào)節(jié)器設(shè)計為單橋單控,缺乏備用;勵磁調(diào)節(jié)器的控制單元同功率單元布置在同一柜體內(nèi),不僅易相互干擾,而且控制卡件間的連接扁平電纜易受功率塊冷卻風(fēng)機的振動引起接觸不良;采用常閉接點邏輯保護形式,運行中任一常閉接點動作或接觸不良都會引起機組跳閘等。此外EX2000勵磁調(diào)節(jié)器的備件價格昂貴,隨著機組運行年限的增加,維護費用逐年增加。
針對以上問題,該燃機電廠決定采用可靠成熟的國產(chǎn)勵磁調(diào)節(jié)器,既可大幅提高設(shè)備的可靠性,又實現(xiàn)設(shè)備的國產(chǎn)化,降低維護成本,更重要的是要打破進口設(shè)備的技術(shù)壟斷。該項目改造的關(guān)鍵難點在于,必須通過對9E燃機控制系統(tǒng)MKV與勵磁調(diào)節(jié)器EX2000二者之間配合關(guān)系的試驗研究,得到二者之間的最佳組合關(guān)系,解決采用國產(chǎn)勵磁系統(tǒng)替代EX2000勵磁調(diào)節(jié)器的技術(shù)瓶頸。
9E燃機EX2000勵磁調(diào)節(jié)器的特點是它與機組MKV控制系統(tǒng)間采用通訊連接的方式,不僅包括常規(guī)的機組勵磁啟停、升降等指令信號,還包括很多其他反饋信號和發(fā)電機的許多模擬量參數(shù)信號。因原生產(chǎn)廠商不提供這些傳遞到MKV控制系統(tǒng)的信號的含義和功能,必須通過試驗研究破解9E燃機勵磁系統(tǒng)的控制策略,才能設(shè)計出原系統(tǒng)非標準通訊協(xié)議的替代方案。通過研究控制策略,找到所有在MKV控制系統(tǒng)中通過通訊方式傳遞的勵磁調(diào)節(jié)器數(shù)據(jù),并確定其邏輯及作用,得出改造后需保留的邏輯程序。
原廠商為9E燃機配套生產(chǎn)的EX2000勵磁系統(tǒng)圖如圖1所示。
改造采用國內(nèi)某廠家生產(chǎn)的RCS-9400型勵磁系統(tǒng),如圖2所示。
國產(chǎn)勵磁調(diào)節(jié)器包括可控硅整流裝置柜2臺,勵磁調(diào)節(jié)器柜1臺,滅磁、過壓保護、起勵裝置柜1臺。改造后,將原測量壓變3YH引入調(diào)節(jié)器作為第2組PT值;將原A、C相發(fā)電機定子電流反饋改為A、B、C三相電流反饋;新增勵磁電流(勵磁變低壓側(cè))反饋。由于EX2000與MKV的數(shù)據(jù)交換通過特定的通訊方式實現(xiàn),與傳統(tǒng)的模擬量數(shù)據(jù)、開關(guān)量信號存在差異,改造中通過試驗確認了調(diào)節(jié)器狀態(tài)反饋量對MKV控制系統(tǒng)的影響、調(diào)節(jié)器信號對MKV中同期并網(wǎng)邏輯的影響以及MKV控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)量對勵磁調(diào)節(jié)器的作用。
經(jīng)過這一系列試驗,確定了改造后的勵磁調(diào)節(jié)器與MKV控制系統(tǒng)間的連接信號,并能夠滿足與MKV控制系統(tǒng)的配合要求。連接信號見表1。
表1 勵磁調(diào)節(jié)器與MKV間的通訊信號一覽表Tab.1 Communication signals between exciter regulator and MKV
改造完成后進行了靜態(tài)模擬試驗和動態(tài)試驗,其中,發(fā)電機空載動態(tài)試驗包括:開機升壓試驗、階躍響應(yīng)試驗、逆變試驗、A/B通道切換試驗、電壓環(huán)/電流環(huán)切換試驗、勵磁TV斷線試驗、空載分滅磁開關(guān)試驗、空載最大勵磁電流限制試驗、伏赫茲限制試驗;發(fā)電機負載動態(tài)試驗包括:并網(wǎng)帶負荷、磁場過流過熱限制、滯相定子過流反時限制、無功功率欠勵限制。試驗結(jié)果表明國產(chǎn)化的勵磁系統(tǒng)完全能滿足9E燃機的發(fā)電運行需要,并且控制和保護邏輯設(shè)定準確、作用正常。
勵磁系統(tǒng)模型見圖3,參數(shù)見表2,PSS模型見圖4,PSS參數(shù)見表3。電壓調(diào)差率為0。
表2 9E燃機勵磁系統(tǒng)原型模型參數(shù)Tab.2 PE gas-turbine exciting system model parameters
通過對模型進行發(fā)電機空載5%給定階躍響應(yīng)的仿真計算和現(xiàn)場實測響應(yīng)作比較,仿真計算結(jié)果與現(xiàn)場試驗結(jié)果一致,證明所提供的模型參數(shù)具有良好的可信度,可供電力系統(tǒng)仿真計算使用。
通過勵磁系統(tǒng)滯后特性的測量以及PSS有補償響應(yīng),并分別在PSS退出和投入的情況下,進行±3%的階躍響應(yīng)試驗,錄取機端電壓Ug、有功功率P和無功功率Q的動態(tài)過程。試驗表明,PSS投入后,阻尼比有明顯提高,振蕩次數(shù)明顯減少,PSS作用正確。PSS試驗表明,PSS有很好的阻尼低頻振蕩作用,在0.2~2.0 Hz頻率范圍內(nèi)相位補償符合要求,有很好的穩(wěn)定裕量。
表3 PSS整定參數(shù)Tab.3 PSS setting parameters
通過實際運行工況的考驗,該燃機發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器運行平穩(wěn),調(diào)節(jié)特性良好,與機組MKV控制系統(tǒng)的配合無任何沖突,改變了原調(diào)節(jié)器EX2000單控單橋的運行方式,不僅提高了運行可靠性,而且大幅降低了設(shè)備的日常維護費用。原EX2000勵磁系統(tǒng)升級至EX2100費用至少需60萬美元,而本項目國產(chǎn)化改造總投資僅約70萬元,原EX2000勵磁系統(tǒng)維護費用每年約40萬元,國產(chǎn)化改造后每年維修費用不超過5萬元。并且,提高供電可靠性、減少燃機的非計劃停運所產(chǎn)生的社會效益已不能簡單用發(fā)電量來衡量了。
該改造項目根據(jù)9E型燃機EX2000勵磁系統(tǒng)與MARK V燃機控制系統(tǒng)一體化設(shè)計的特點,通過破解原系統(tǒng)的控制策略提出了非標準通訊協(xié)議的替代方案,成功地將國產(chǎn)RCS-9400微機勵磁調(diào)節(jié)器應(yīng)用于9E燃機,并完成勵磁系統(tǒng)模型參數(shù)測辨和電力系統(tǒng)穩(wěn)定器整定試驗。各項勵磁系統(tǒng)試驗結(jié)果表明國產(chǎn)微機勵磁系統(tǒng)性能優(yōu)越,運行穩(wěn)定,調(diào)試簡便迅速,整體性能符合國家及行業(yè)勵磁標準,滿足燃機安全穩(wěn)定運行的各項技術(shù)要求。同時建立了可反映強勵、限幅、PID和電力系統(tǒng)穩(wěn)定器特性的RCS-9400勵磁系統(tǒng)詳細模型,空載階躍仿真計算結(jié)果與現(xiàn)場試驗結(jié)果一致,模型參數(shù)可信度高。PSS試驗分析也證實了在提供系統(tǒng)阻尼、抑制低頻等方面的優(yōu)越性。
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